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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Leistung eines Gebläsemotors für einen Staubsauger.
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Ein allgemeines Ziel beim Betrieb von Staubsaugern ist es, eine möglichst hohe Energieeffizienz zu erreichen, das heißt bei möglichst niedriger Leistungsaufnahme eine bestmögliche Staub- und/oder Schmutzaufnahme zu erreichen. Bei Staubsaugern, welche mit einem Wechselfilterbeutel – häufig auch als Staubsaugerbeutel bezeichnet – betrieben werden, tritt jedoch der Effekt auf, dass sich die Poren des Wechselfilterbeutels mit zunehmendem Füllgrad des Wechselfilterbeutels immer mehr verschließen, so dass die Luftmenge welche bei gleichbleibender Leistung des Gebläsemotors pro Zeiteinheit eingesaugt werden kann, zunehmend verringert, was zu einer verminderten Staub- und/oder Schmutzaufnahme führt. Um diesen Effekt zu kompensieren ist es grundsätzlich bekannt, die Leistung des Gebläsemotors eines derartigen Staubsaugers mit zunehmendem Füllgrad des Wechselfilterbeutels zu erhöhen.
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Aus der
DE 10 2007 057 589 A1 ist eine Luft-Volumenstrom- und Schiebekraft-Regelungsvorrichtung für einen Staubsauger bekannt, der zumindest einen Motor, eine Staubaufnahmeeinrichtung und eine Saugdüse aufweist. Die Regelungsvorrichtung umfasst dabei eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Motorleistung, einen ersten Sensor zur Erfassung des Luft-Volumenstroms, der zusammen mit der Regelungseinrichtung einen ersten Regelkreis bildet, um auf der Basis des Signals des ersten Sensors den Luft-Volumenstrom auf einem vorgegebenen Luft-Volumenstrom-Wert zu halten, einen zweiten Sensor zur Erfassung einer zum Schieben der Saugdüse erforderlichen Schiebekraft, der zusammen mit der Regelungseinrichtung einen zweiten Regelkreis bildet, um auf der Basis des Signals des zweiten Sensors die Schiebekraft unterhalb eines vorgegebenen Werts zu halten, sowie eine Regelkreis-Auswahleinrichtung, die abhängig von den Signalen der beiden Sensoren einen der beiden Regelkreise aktiviert. Die Erfassung des Luft-Volumenstroms erfolgt dabei über die Messung des Drucks zwischen einer Staubbeutelaufnahmeeinrichtung (Staubraum) und dem Gebläsemotor. Da der Druck in einer festen Beziehung zum Luft-Volumenstrom steht, kann über diese Messung auf den Luft-Volumenstrom geschlossen werden. Verändert sich dieser Druck, geht die Regelung davon aus, dass sich der Staubbeutel gefüllt hat und erhöht als Reaktion darauf die Motorleistung des Gebläsemotors, um den Luft-Volumenstrom konstant zu halten.
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Nachteilig an dieser Lösung ist aber, dass lediglich der absolute Unterdruck hinter dem Staubsaugerbeutel gemessen wird und somit die Druckänderung und die damit verbundene Anpassung der Motorleistung nur an einen einzigen vordefinierten Bodenbelag (Teppichboden, Hartboden) oder an eine Situation, wenn eine Bodendüse des Staubsaugers in die Luft gehalten wird, angepasst werden kann. Abhängig vom jeweiligen Bodenbelag, auf welchem der Staubsauger betrieben wird, das heißt über welchen die Bodendüse geführt wird, dichtet die Bodendüse aber unterschiedlich stark ab, was zu einer Veränderung des absoluten Unterdruckes hinter dem Staubsaugerbeutel führt. So kann es dazu kommen, dass die Steuereinheit oder Steuerelektronik für den Gebläsemotor die Leistung des Gebläsemotors bei relativ dichten Bodenbelägen, wie, z. B. Teppichböden, so weit nachregelt, dass der Gebläsemotor letztendlich auf maximaler Leistung läuft, obwohl das aufgrund eines aktuellen Füllgrades des Staubsaugerbeutels gar nicht erforderlich wäre. Abhängig vom jeweiligen Bodenbelag, auf welchem der Staubsauger betrieben wird, ergeben sich somit Betriebssituationen mit deutlich reduzierter Energieeffizienz.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Leistung eines Gebläsemotors für einen Staubsauger mit Wechselfilterbeutel anzugeben, welche unabhängig vom Bodenbelag, auf welchem der Staubsauger betrieben wird, eine im Wesentlichen gleichbleibend hohe Energieeffizienz gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 6 gelöst.
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Demgemäß umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Leistung eines Gebläsemotors für einen Staubsauger, welcher einen in einem Staubraum angeordneten Wechselfilterbeutel aufweist, ein Drucksensorsystem zum Erfassen eines Differenzdruckes zwischen einem in Saugstromrichtung vor dem Wechselfilterbeutel liegenden ersten Bereich und einem in Saugstromrichtung nach dem Wechselfilterbeutel liegenden zweiten Bereich und eine Steuereinheit für den Gebläsemotor, welche die Leistung des Gebläsemotors in Abhängigkeit von dem erfassten Differenzdruck einstellt.
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Dementsprechend wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung der Leistung eines Gebläsemotors für einen Staubsauger, welcher einen in einem Staubraum angeordneten Wechselfilterbeutel aufweist, ein Differenzdruck zwischen einem in Saugstromrichtung vor dem Wechselfilterbeutel liegenden ersten Bereich und einem in Saugstromrichtung nach dem Wechselfilterbeutel liegenden zweiten Bereich erfasst und die Leistung des Gebläsemotors in Abhängigkeit von dem erfassten Differenzdruck eingestellt.
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Analog zu dem im Stand der Technik als Maß für den Füllgrad des Wechselfilterbeutels verwendeten absoluten Unterdruck hinter dem Wechselfilterbeutel steigt auch der Differenzdruck zwischen dem in Saugstromrichtung vor dem Wechselfilterbeutel liegenden ersten Bereich, welcher z. B. im Bereich eines Ansaugstutzens des Staubsaugers liegen kann, und einem in Saugstromrichtung nach dem Wechselfilterbeutel liegenden zweiten Bereich, welcher z. B. im Bereich des Staubraumes liegen kann, an. Somit ist auch dieser Differenzdruck gut als Maß für den Füllgrad des Wechselfilterbeutels geeignet. Im Vergleich zum absoluten Unterdruck hinter dem Wechselfilterbeutel hat dieser Differenzdruck aber den Vorteil, dass er sich in Abhängigkeit vom Bodenbelag nur sehr geringfügig ändert, so dass die Leistung des Gebläsemotors zwar in gewünschter Weise in Abhängigkeit vom Füllgrad des Wechselfilterbeutels nicht aber in unerwünschter Weise in Abhängigkeit vom jeweiligen Bodenbelag ändert. Der Staubsauger kann auf diese Weise unabhängig vom Bodenbelag immer mit hoher Energieeffizienz betrieben werden.
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Das Drucksensorsystem kann einen analogen Differenzdrucksensor umfassen, was den Vorteil bietet, dass ein einziger Sensor ausreicht, um den Differenzdruck zu erfassen.
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Alternativ dazu kann das Drucksensorsystem aber auch zwei analoge Drucksensoren aufweisen, wobei ein erster Drucksensor einen ersten Unterdruck in dem ersten Bereich und ein zweiter Drucksensor einen zweiten Unterdruck in dem zweiten Bereich misst. Mit Hilfe einer Auswerteeinheit kann dann durch Differenzbildung der Differenzdruck zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich ermittelt werden. Da der Wert des ersten Unterdrucks unmittelbar von der Abdichtung der Bodendüse auf dem jeweiligen Bodenbelag und damit vom Bodenbelag selbst abhängt, kann durch ein derartiges Sensorsystem der Bodenbelag, auf welchem der Staubsauger betrieben wird, abhängig von dem Unterdruck in dem ersten Bereich bestimmt werden. Dies bietet den Vorteil, dass bei der Einstellung der Leistung des Gebläsemotors neben dem Differenzdruck auch der jeweilige Bodenbelag berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise können auch noch die zwar geringen, aber doch vorhandenen bodenbelagsabhängigen Veränderungen des Differenzdruckes kompensiert werden.
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Die Einstellung der Leistung des Gebläsemotors in Abhängigkeit vom Differenzdruck und ggf. vom Bodenbelag kann dadurch realisiert werden, dass ein funktioneller Zusammenhang zwischen diesen Größen abgespeichert ist. Besonders einfach kann die jeweils einzustellende Leistung aus einer entsprechenden Kennlinie oder einem Kennfeld ausgelesen werden. Demgemäß kann ein Speicher für eine derartige Kennlinie oder ein derartiges Kennfeld vorgesehen sein. Selbstverständlich kann der funktionale Zusammenhang aber auch in anderer Form als durch eine Kennlinie oder ein Kennfeld in dem Speicher hinterlegt sein.
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Wird der Differenzdruck mit Hilfe eines Differenzdrucksensors gemessen, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zur Bestimmung der einzustellenden Leistung nur eine einzige gespeicherte Kennlinie vorgesehen. Dabei gibt die Kennlinie vorteilhaft eine einzustellende Leistung des Gebläsemotors in Abhängigkeit von einem mittleren Differenzdruck für mehrere verschiedene Bodenbeläge, auf welchen der Staubsauger betrieben werden kann, an. Durch Verwendung einer einzelnen Kennlinie werden Mehrdeutigkeiten eines erfassten Differenzdruckes sicher vermieden. Durch die Mittelwertbildung über mindestens zwei verschiedene, insbesondere hinsichtlich ihrer Dichtwirkung in Bezug auf die Bodendüse stark unterschiedliche Bodenbeläge wird für jeden Bodenbelag eine zufriedenstellende Energieeffizienz gewährleistet.
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Eine noch höhere Energieeffizienz kann dann erreicht werden, wenn das Drucksensorsystem mindestens zwei analoge Drucksensoren umfasst und neben dem Differenzdruck auch noch der Bodenbelag bestimmt wird. In diesem Fall kann die einzustellende Leistung für den Gebläsemotor aus einem gespeicherten Kennfeld entnommen werden, in welchem für verschiedene Bodenbeläge individuelle Kennlinien hinterlegt sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.
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Es zeigen schematisch:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Staubsaugers;
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2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung;
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3 ein Blockdiagramm einer alternativen zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung; und
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4 ein Kennfeld, welches eine einzustellende Leistung des Gebläsemotors eines Staubsaugers in Abhängigkeit von einem Differenzdruck und einem Bodenbelag angibt.
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In 1 ist ein Staubsauger, insbesondere ein Bodenstaubsauger, schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Der Bodenstaubsauger 10 weist ein Gehäuse 12 auf. Ein an der Frontseite des Staubsaugers 10 angeordneter Anschlussstutzen 14 ist am Gehäuse 2 befestigt. Am Anschlussstutzen 14 ist ein Saugschlauch 16 angeschlossen, der mit einer Bodendüse 18 verbunden ist, welche zum Reinigen einer Bodenfläche über diese geschoben wird. Im Gehäuse 2 befindet sich ein Staubraum 20, in welchem Wechselfilterbeutel 22, vorzugsweise ein Einweg-Filterbeutel, angeordnet ist. Darüber hinaus ist in dem Gehäuse 12 eine zur Regelung eines Gebläsemotors 24 (vgl. 2 und 3), insbesondere zur Regelung der Leistung des Gebläsemotors 24, erforderliche Steuereinheit oder Steuerelektronik 26 (vgl. 2 und 3) enthalten. Da der allgemeine Aufbau eines solchen Bodenstaubsaugers allgemein bekannt ist, wird darauf nicht weiter eingegangen.
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Die vom Gebläsemotor 24 angesaugte Luft gelangt beim Saugen über die Bodendüse 18 und den Schlauch 16 in den Wechselfilterbeutel 22, der die Staub- und/oder Schmutzpartikel herausfiltert, passiert dann den Gebläsemotor 24 und gelangt über nicht dargestellte Auslassöffnungen wieder aus dem Staubsaugergehäuse 12 nach außen. Um das Saugergebnis konstant zu halten, ist es erforderlich, die durch einen zunehmenden Füllgrad des Wechselfilterbeutels 22 verursachte Abnahme der pro Zeiteinheit einsaugbaren Luftmenge durch entsprechende Erhöhung der Leistung des Gebläsemotors 24 zu kompensieren.
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Dazu weist der Staubsauger 10 ein Drucksensorsystem 30, 30' (vgl. 2 und 3) zum Erfassen eines Differenzdruckes zwischen einem in Saugstromrichtung vor dem Wechselfilterbeutel 22 liegenden ersten Bereich, z. B. dem Bereich des Anschlussstutzens 14, und einem in Saugstromrichtung nach dem Wechselfilterbeutel 22 liegenden zweiten Bereich, z. B. dem Bereich des Staubraumes 20, umfasst. Der Differenzdruck stellt dabei ein vom jeweiligen Bodenbelag weitgehend unabhängiges Maß für den Füllgrad des Wechselfilterbeutels 22 dar, so dass der durch einen zunehmenden Füllgrad des Wechselfilterbeutels 22 bewirkte Saugleistungsverlust dadurch ausgeglichen werden kann, dass die Leistung des Gebläsemotors 24 in Abhängigkeit von dem erfassten Differenzdruck eingestellt wird.
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2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung. Die Steuerungsvorrichtung umfasst das Drucksensorsystem 30, welches einen analogen Differenzdrucksensor 32 aufweist, der den Differenzdruck zwischen einem in Saugstromrichtung vor dem Wechselfilterbeutel 22 liegenden ersten Bereich und einem in Saugstromrichtung nach dem Wechselfilterbeutel 22 liegenden zweiten Bereich misst. Abhängig von dem gemessenen Differenzdruck stellt die Steuereinheit 26 die Leistung des Gebläsemotors 24 ein und zwar in der Form, dass mit zunehmendem Differenzdruck eine erhöhte Leistung eingestellt wird. Die jeweils einzustellende Leistung wird dabei aus einer Kennlinie 42 (vgl. 4) entnommen, welche in einem Speicher 28 gespeichert ist und einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem gemessenen Differenzdruck und der einzustellenden Motorleistung repräsentiert. Der Speicher 28 ist dabei als Bestandteil der Steuereinheit 26 dargestellt, kann aber auch getrennt davon realisiert sein.
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3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung. Die Steuerungsvorrichtung umfasst das Drucksensorsystem 30', welches zwei analoge Drucksensoren 34 und 36 aufweist. Dabei misst ein erster Drucksensor 34 einen ersten Unterdruck in dem in Saugstromrichtung vor dem Wechselfilterbeutel 22 liegenden ersten Bereich und ein zweiter Drucksensor 36 einen zweiten Unterdruck in dem in Saugstromrichtung nach dem Wechselfilterbeutel 22 liegenden zweiten Bereich. Eine Auswerteeinheit 38, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Steuereinheit 26 integriert ist, aber auch außerhalb dieser realisiert sein kann, ermittelt dann durch Differenzbildung der beiden erfassten Unterdrücke den Differenzdruck. Außerdem ermittelt die Steuereinheit 26 in Abhängigkeit von dem ersten in Saugstromrichtung vor dem Wechselfilterbeutel 22 anliegenden Unterdruck den Bodenbelag, auf welchem der Staubsauger aktuell betrieben wird. Abhängig von dem ermittelten Differenzdruck sowie dem ermittelten Bodenbelag stellt die Steuereinheit 26 die Leistung des Gebläsemotors 24 ein. Die jeweils einzustellende Leistung wird dabei aus einem Kennfeld 40 entnommen, welches in dem Speicher 28 gespeichert ist.
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Ein entsprechendes Kennfeld 40 ist in 4 dargestellt. Es umfasst beispielhaft zwei Kennlinien 44 und 46, wobei die Kennlinie 44 für einen ersten Bodenbelag, z. B. Hartboden, und die zweite Kennlinie 46 für einen zweiten Bodenbelag, z. B. dichter Teppich, gültig ist. Die Steuereinheit 26 ermittelt die einzustellende Leistung für den Gebläsemotor 24 demgemäß anhand von Kennlinie 44, falls die Auswertung des ersten Unterdrucks auf den ersten Bodenbalg hindeutete, und anhand von Kennlinie 46 falls der zweite Bodenbelag detektiert wurde. Selbstverständlich kann das Kennfeld 40 auch mehr als zwei Kennlinien aufweisen, welche abhängig vom detektierten Bodenbelag zur Festlegung der Motorleistung genutzt werden.
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In 4 ist neben den Kennlinien 44 und 46, welche bei einer Steuerungsvorrichtung gemäß 3 genutzt werden, auch die Kennlinie 42 dargestellt, welche bei einer Steuerungsvorrichtung gemäß 2 genutzt wird. Für eine derartige Steuerungsvorrichtung ist es sinnvoll nur eine einzige Kennlinie 42 vorzusehen, da der jeweilige Bodenbelag nicht detektierbar ist. Diese Kennlinie 42 kann vorteilhaft durch Mittelwertbildung aus den Kennlinien von mindestens zwei unterschiedlichen Bodenbelägen, als z. B. aus den Kennlinien 44 und 46, erzeugt werden. Vorteilhaft werden dabei zumindest die Kennlinien für diejenigen Bodenbeläge berücksichtigt, welche den größten bzw. den kleinsten Differenzdruck bewirken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Staubsauger
- 12
- Gehäuse
- 14
- Anschlussstutzen
- 16
- Saugschlauch
- 18
- Bodendüse
- 20
- Staubraum
- 22
- Wechselfilterbeutel
- 24
- Gebläsemotor
- 26
- Steuereinheit
- 28
- Speicher
- 30, 30'
- Drucksensorsystem
- 32
- Differenzdrucksensor
- 34, 36
- Drucksensor
- 38
- Auswerteeinheit
- 40
- Kennfeld
- 42, 44, 46
- Kennlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007057589 A1 [0003]
